Linux C编程之十五 线程同步

一、整体大纲

二、线程同步

1. 同步概念

    所谓同步，即同时起步，协调一致。不同的对象，对“同步”的理解方式略有不同。如，设备同步，是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考；数据库同步，是指让两个或多个数据库内容保持一

致，或者按需要部分保持一致；文件同步，是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致等等。

    而编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调，按预定的先后次序运行。

2. 线程同步

（1）线程同步概念

    同步即协同步调，按预定的先后次序运行。

    线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用该功能。

    举例1： 银行存款 5000。柜台，折：取3000；提款机，卡：取 3000。剩余：2000

    举例2： 内存中100字节，线程T1欲填入全1， 线程T2欲填入全0。但如果T1执行了50个字节失去cpu，T2执行，会将T1写过的内容覆盖。当T1再次获得cpu继续 从失去cpu的位置向后写入1，当执

行结束，内存中的100字节，既不是全1，也不是全0。

    产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱，线程需要同步。

    “同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都需要同步机制。

    因此，所有“多个控制流，共同操作一个共享资源”的情况，都需要同步。

（2）数据混乱原因

   1）资源共享（独享资源则不会）

   2）调度随机（意味着数据访问会出现竞争）

   3）线程间缺乏必要的同步机制。

   以上3点中，前两点不能改变，欲提高效率，传递数据，资源必须共享。只要共享资源，就一定会出现竞争。只要存在竞争关系，数据就很容易出现混乱。

   所以只能从第三点着手解决。使多个线程在访问共享资源的时候，出现互斥。

3. 实现线程同步

（1）互斥量mutex

    Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。

    每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。

    资源还是共享的，线程间也还是竞争的，

    但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。

    但应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。

    当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。

    所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但，并没有强制限定。

    因此，即使有了mutex，如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。

   1）主要函数

pthread_mutex_init函数
pthread_mutex_destroy函数
pthread_mutex_lock函数
pthread_mutex_trylock函数
pthread_mutex_unlock函数
以上5个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回错误号。
pthread_mutex_t 类型，其本质是一个结构体。为简化理解，应用时可忽略其实现细节，简单当成整数看待。
pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。

• pthread_mutex_init函数

    初始化一个互斥锁(互斥量) ---> 初值可看作1

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

    参1：传出参数，调用时应传 &mutex

             restrict关键字：只用于限制指针，告诉编译器，所有修改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改。

    参2：互斥量属性。是一个传入参数，通常传NULL，选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性

    静态初始化：如果互斥锁 mutex 是静态分配的（定义在全局，或加了static关键字修饰），可以直接使用宏进行初始化。e.g.  pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

    动态初始化：局部变量应采用动态初始化。e.g.  pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

• pthread_mutex_destroy函数

    销毁一个互斥锁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_lock函数

    加锁。可理解为将 mutex--（或-1）

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_unlock函数

    解锁。可理解为将mutex ++（或+1）

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_trylock函数

    尝试加锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

    2）加锁与解锁

    lock与unlock：

    lock尝试加锁，如果加锁不成功，线程阻塞，阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。

    unlock主动解锁函数，同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认：先阻塞、先唤醒。

    例如：T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功，其他线程均阻塞，直至T1解锁。T1解锁后，T2 T3 T4均被唤醒，并自动再次尝试加锁。

    可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex--。 unlock将mutex++

    lock与trylock：

    lock加锁失败会阻塞，等待锁释放。

    trylock加锁失败直接返回错误号（如：EBUSY），不阻塞。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *thr(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("hello world\n");
        sleep(30);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);

    sleep(1);

    while (1)
    {
        int ret = pthread_mutex_trylock(&mutex);
        if (ret > 0)
        {
            printf("ret = %d, errmsg = %s\n", ret, strerror(ret));
        }
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

    3）加锁步骤测试

    看如下程序：该程序是非常典型的，由于共享、竞争而没有加任何同步机制，导致产生于时间有关的错误，造成数据混乱：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

void *thr1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("hello");
        sleep(rand()%3);
        printf("world\n");
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *thr2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("HELLO");
        sleep(rand()%3);
        printf("WORLD\n");
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thr[2];
    pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
    pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);

    pthread_join(thr[0], NULL);
    pthread_join(thr[1], NULL);

    return 0;
}

    练习：修改该程序，使用mutex互斥锁进行同步。

    定义全局互斥量，初始化init(&m, NULL)互斥量，添加对应的destry

    两个线程while中，两次printf前后，分别加lock和unlock

    将unlock挪至第二个sleep后，发现交替现象很难出现。

    线程在操作完共享资源后本应该立即解锁，但修改后，线程抱着锁睡眠。睡醒解锁后又立即加锁，这两个库函数本身不会阻塞。

    所以在这两行代码之间失去cpu的概率很小。因此，另外一个线程很难得到加锁的机会。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *thr1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        //先上锁
        pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁当有线程已经枷锁的时候，阻塞
        printf("hello");
        sleep(rand()%3);
        printf("world\n");
        //sleep(rand()%3);
        //解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *thr2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        //上锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("HELLO");
        sleep(rand()%3);
        printf("WORLD\n");
        //sleep(rand()%3);
        //解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thr[2];
    pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
    pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);

    pthread_join(thr[0], NULL);
    pthread_join(thr[1], NULL);

    return 0;
}

    结论：

    在访问共享资源前加锁，访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。

    4）死锁

• 线程试图对同一个互斥量A加锁两次。
• 线程1拥有A锁，请求获得B锁；线程2拥有B锁，请求获得A锁

    练习：编写程序，实现上述两种死锁现象。

（2）读写锁

    1）概念

    与互斥量类似，但读写锁允许更高的并行性。其特性为：写独占，读共享。

    2）读写锁状态

    一把读写锁具备三种状态：

    a. 读模式下加锁状态 (读锁)

    b. 写模式下加锁状态 (写锁)

    c. 不加锁状态

    3）读写锁特性

• 读写锁是“写模式加锁”时， 解锁前，所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。
• 读写锁是“读模式加锁”时， 如果线程以读模式对其加锁会成功；如果线程以写模式加锁会阻塞。
• 读写锁是“读模式加锁”时， 既有试图以写模式加锁的线程，也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞，写锁优先级高。

     读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当它以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。写独占、读共享。

     读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。

     3）主要函数

pthread_rwlock_init函数
pthread_rwlock_destroy函数
pthread_rwlock_rdlock函数  
pthread_rwlock_wrlock函数
pthread_rwlock_tryrdlock函数
pthread_rwlock_trywrlock函数
pthread_rwlock_unlock函数
以上7 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败直接返回错误号。

pthread_rwlock_t类型 用于定义一个读写锁变量。
pthread_rwlock_t rwlock;

• pthread_rwlock_init函数

    初始化一把读写锁

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

    参2：attr表读写锁属性，通常使用默认属性，传NULL即可。

• pthread_rwlock_destroy函数

    销毁一把读写锁

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_rdlock函数

    以读方式请求读写锁。（常简称为：请求读锁）

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_wrlock函数

    以写方式请求读写锁。（常简称为：请求写锁）

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_unlock函数

    解锁

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_tryrdlock函数

    非阻塞以读方式请求读写锁（非阻塞请求读锁）

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_trywrlock函数

    非阻塞以写方式请求读写锁（非阻塞请求写锁）

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

    4）读写锁示例

    看如下示例，同时有多个线程对同一全局数据读、写操作。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

int begin_num = 1000;
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

void *thr_write(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num++);
        usleep(2000); //模拟占用时间
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        usleep(3000); //防止释放锁之后又去抢
    }
}

void *thr_read(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
        usleep(2000); //模拟占用时间
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        usleep(2000); //防止释放锁之后又去抢
    }
}
int main()
{
    int n = 8, i = 0;
    pthread_t tid[8]; //5-read, 3-write
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        pthread_create(&tid[i], NULL, thr_read, NULL);
    }

    for (; i < n; i++)
    {
        pthread_create(&tid[i], NULL, thr_write, NULL);
    }

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }

    return 0;
}

    读写锁场景练习：

    a. 线程A加写锁成功，线程B请求读锁
        线程B阻塞

    b. 线程A持有读锁，线程B请求写锁
        线程B阻塞

    c. 线程A持有读锁，线程B请求读锁
        B加锁成功

    d. 线程A持有读锁，然后线程B请求写锁，然后线程C请求读锁
       BC阻塞
       A释放后，B加锁
       B释放后，C加锁

    e. 线程A持有写锁，然后线程B请求读锁，然后线程C请求写锁
       BC阻塞
       A释放，C加锁
       C释放，B加锁

（3）条件变量

    1）概念

    条件变量本身不是锁！但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。

    2）主要应用函数

pthread_cond_init函数
pthread_cond_destroy函数
pthread_cond_wait函数
pthread_cond_timedwait函数
pthread_cond_signal函数
pthread_cond_broadcast函数
以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败直接返回错误号。

pthread_cond_t类型 用于定义条件变量
pthread_cond_t cond;

• pthread_cond_init函数

    初始化一个条件变量

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

    参2：attr表条件变量属性，通常为默认值，传NULL即可

    也可以使用静态初始化的方法，初始化条件变量：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

• pthread_cond_destroy函数

    销毁一个条件变量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

• pthread_cond_wait函数

    阻塞等待一个条件变量

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

    函数作用：

    a. 阻塞等待条件变量cond（参1）满足

    b. 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量）相当于pthread_mutex_unlock(&mutex);
        a.b.两步为一个原子操作。

    c. 当被唤醒，pthread_cond_wait函数返回时，解除阻塞并重新申请获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);

• pthread_cond_timedwait函数

    限时等待一个条件变量

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

    参3： 参看man sem_timedwait函数，查看struct timespec结构体。

struct timespec {
    time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
    long   tv_nsec; /* nanosecondes*/ 纳秒
}

    形参abstime：绝对时间。

    如：time(NULL)返回的就是绝对时间。而alarm(1)是相对时间，相对当前时间定时1秒钟。

    struct timespec t = {1, 0};

    pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 只能定时到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已经过去) 

    正确用法：

time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; 定时1秒

pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 传参 参APUE.11.6线程同步条件变量小节

在讲解setitimer函数时我们还提到另外一种时间类型：
struct timeval {
    time_t      tv_sec;  /* seconds */ 秒
    suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒
};

• pthread_cond_signal函数

    唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

• pthread_cond_broadcast函数

    唤醒全部阻塞在条件变量上的线程

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

    3）生产者消费者条件变量模型

    线程同步典型的案例即为生产者消费者模型，而借助条件变量来实现这一模型，是比较常见的一种方法。假定有两个线程，一个模拟生产者行为，一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共

享资源（一般称之为汇聚），生产向其中添加产品，消费者从中消费掉产品。

    看如下示例，使用条件变量模拟生产者、消费者问题：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

int begin_num = 1000;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

typedef struct _ProdInfo{
    int num;
    struct _ProdInfo *next;
}ProdInfo;

ProdInfo *Head = NULL;

void *thr_producter(void *arg)
{
    //负责在链表添加数据
    while(1)
    {
        ProdInfo *prod = malloc(sizeof(ProdInfo));
        prod->num = begin_num++;
        printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);

        pthread_mutex_lock(&mutex);
        //add to list
        prod->next = Head;
        Head = prod;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        //发起通知
        pthread_cond_signal(&cond);
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}

void *thr_consumer(void *arg)
{
    ProdInfo *prod = NULL;

    while(1)
    {
        //取链表的数据
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        //if (Head == NULL)
        while (Head == NULL)
        {
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //在此之前必须先加锁
        }
        prod = Head;
        Head = Head->next;
        printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
        free(prod);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid[3];
    pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
    pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);
    pthread_create(&tid[2], NULL, thr_consumer, NULL);

    pthread_join(tid[0], NULL);
    pthread_join(tid[1], NULL);
    pthread_join(tid[2], NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    return 0;
}

    4）条件变量的优点

    相较于mutex而言，条件变量可以减少竞争。

    如直接使用mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚（链表）中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有

    生产者完成生产，才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。

（4）信号量

    1）概念

    进化版的互斥锁（1 --> N）

    由于互斥锁的粒度比较大，如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享，使用互斥锁是没有办法实现的，只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数

据正确性的目的，却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异。

    信号量，是相对折中的一种处理方式，既能保证同步，数据不混乱，又能提高线程并发。

    2）主要应用函数

sem_init函数
sem_destroy函数
sem_wait函数
sem_trywait函数
sem_timedwait函数
sem_post函数
以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回-1，同时设置errno。(注意，它们没有pthread前缀)

sem_t类型，本质仍是结构体。但应用期间可简单看作为整数，忽略实现细节（类似于使用文件描述符）。

sem_t sem; 规定信号量sem不能 < 0。头文件 <semaphore.h>

    信号量基本操作：

    sem_wait:

                 a. 信号量大于0，则信号量-- （类比pthread_mutex_lock）

                 b. 信号量等于0，造成线程阻塞

    对应 ->

    sem_post： 将信号量++，同时唤醒阻塞在信号量上的线程 （类比pthread_mutex_unlock）

    但由于sem_t的实现对用户隐藏，所以所谓的++、--操作只能通过函数来实现，而不能直接++、--符号。

    信号量的初值，决定了占用信号量的线程的个数。

• sem_init函数

    初始化一个信号量

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

    参1：sem信号量

    参2：pshared取0用于线程间；取非0（一般为1）用于进程间

    参3：value指定信号量初值

• sem_destroy函数

    销毁一个信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

• sem_wait函数

    给信号量加锁 --

int sem_wait(sem_t *sem);

• sem_post函数

    给信号量解锁 ++

int sem_post(sem_t *sem);

• sem_trywait函数

    尝试对信号量加锁 -- (与sem_wait的区别类比lock和trylock)

 int sem_trywait(sem_t *sem);

• sem_timedwait函数

    限时尝试对信号量加锁 --

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

    参2：abs_timeout采用的是绝对时间。

定时1秒：
time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; 定时1秒
t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
sem_timedwait(&sem, &t); 传参

   3）生产者消费者信号量模型

    使用信号量完成线程间同步，模拟生产者，消费者问题。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>

//blank -- 生产者
//xfull -- 消费者
sem_t blank, xfull;
#define _SEM_CNT_ 5

int queue[_SEM_CNT_]; //存放生产者数据
int begin_num = 100;

void *thr_producter(void *arg)
{
    int i = 0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&blank); //申请资源 blank--
        printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
        queue[(i++)%_SEM_CNT_] = begin_num++;
        sem_post(&xfull); //xfull++
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}
void *thr_consumer(void *arg)
{
    int i = 0;
    int num = 0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&xfull);
        num = queue[(i++)%_SEM_CNT_];
        printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), num);
        sem_post(&blank);
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    sem_init(&blank, 0, _SEM_CNT_);
    sem_init(&xfull, 0, 0); //消费者一开始初始化，默认没有产品

    pthread_t tid[2];
    pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
    pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);

    pthread_join(tid[0], NULL);
    pthread_join(tid[1], NULL);

    sem_destroy(&blank);
    sem_destroy(&xfull);

    return 0;
}

（5）进程间同步

    互斥量mutex

    进程间也可以使用互斥锁，来达到同步的目的。但应在pthread_mutex_init初始化之前，修改其属性为进程间共享。mutex的属性修改函数主要有以下几个。

    主要应用函数：

pthread_mutexattr_t mattr 类型： 用于定义mutex锁的【属性】
pthread_mutexattr_init函数： 初始化一个mutex属性对象
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_destroy函数： 销毁mutex属性对象 (而非销毁锁)
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_setpshared函数： 修改mutex属性。
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
参2：pshared取值：

线程锁：PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex的默认属性即为线程锁，进程间私有)
进程锁：PTHREAD_PROCESS_SHARED

    进程间mutex示例：

#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>

struct mt{
    int num;
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_mutexattr_t mutexattr;
};

int main(void)
{
    int fd, i;
    struct mt *mm;
    pid_t pid;

    fd = open("mt_test", O_CREAT | O_RDWR, 0777);
    ftruncate(fd, sizeof(*mm));
    mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
    unlink("mt_test");
    //mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
    memset(mm, 0, sizeof(*mm));
    pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr);                                  //初始化mutex属性对象
    pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);    //修改属性为进程间共享
    pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr);                          //初始化一把mutex琐
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            (mm->num)++;
            printf("-child----num++   %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
            sleep(1);
        }
    } else if (pid > 0) {
        for ( i = 0; i < 10; i++) {
            sleep(1);
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            mm->num += 2;
            printf("-parent---num+=2  %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
        }
        wait(NULL);
    }

    pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr);          //销毁mutex属性对象
    pthread_mutex_destroy(&mm->mutex);                //销毁mutex
    munmap(mm,sizeof(*mm));                          //释放映射区

    return 0;
} 

（6）文件锁

    借助 fcntl函数来实现锁机制。 操作文件的进程没有获得锁时，可以打开，但无法执行read、write操作。

    fcntl函数： 获取、设置文件访问控制属性。

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

    参2：

F_SETLK (struct flock *) 设置文件锁（trylock）
F_SETLKW (struct flock *) 设置文件锁（lock）W --> wait
F_GETLK (struct flock *) 获取文件锁

   参3：

struct flock {
    ...
    short l_type;     锁的类型：F_RDLCK 、F_WRLCK 、F_UNLCK
    short l_whence;   偏移位置：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END
    off_t l_start;    起始偏移：1000
    off_t l_len;      长度：0表示整个文件加锁
    pid_t l_pid;      持有该锁的进程ID：(F_GETLK only)
    ...
};

    进程间文件锁示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

#define __FILE_NAME__ "/opt/linuxC/09-linux-day09/temp.lock"

int main()
{
    int fd = open(__FILE_NAME__, O_RDWR|O_CREAT, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err:");
        return -1;
    }

    struct flock lk;
    lk.l_type = F_WRLCK;
    lk.l_whence = SEEK_SET;
    lk.l_start = 0;
    lk.l_len = 0;

    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lk) < 0)
    {
        perror("get lock err:");
        exit(1);
    }
    //核心逻辑
    while(1)
    {
        printf("I am alive!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

    依然遵循“读共享、写独占”特性。但！如若进程不加锁直接操作文件，依然可访问成功，但数据势必会出现混乱。

  【思考】：多线程中，可以使用文件锁吗？

    多线程间共享文件描述符，而给文件加锁，是通过修改文件描述符所指向的文件结构体中的成员变量来实现的。因此，多线程中无法使用文件锁。